El medidor de Mach y el MASI
En aviación existen pocos secretos. Volar es pura física y lo que se gana por un lado se pierde por otro. Hay cosas que son inseparables, por ejemplo el sistema de combustible de un avión y su centro de gravedad o CG. Digamos de forma simplificada que el CG es el punto donde se concentra el peso de la aeronave o el punto donde la gravedad actúa. Otra cosa que también va pareja es el CG y los controles de vuelo. Las maniobras del avión están calculadas para que se puedan efectuar a través de su CG.
Es un hecho que al volar más rápido se producen varios efectos importantes que afectan sustancialmente a la aerodinámica del avión. Uno de ellos es el llamado "Mach Tuck" o "Tuck under" en inglés (a veces se le conoce también como Shock Stall). Expresión (expresiones) de difícil traducción en castellano que vendrían a significar algo así como la pérdida de control y la generación de una inestabilidad que crea una tendencia del avión a picar de forma repentina a medida que un avión acelera a través del rango de velocidades transónicas.
Cuando el flujo de aire sobre las alas alcanza la velocidad del sonido, se forman ondas de choque. El aire que fluye a través de estas ondas de choque experimenta un aumento repentino en la presión estática (el aire ya no puede apartarse al paso del avión). Este aumento súbito de la presión causa una desaceleración igualmente repentina que tiende a hacer que el flujo de aire se separe del ala justo detrás de la onda de choque. El efecto general es una pérdida de sustentación y un aumento en la resistencia aerodinámica, similar a la causada por la pérdida aerodinámica cuando se vuela a muy baja velocidad.
El Mach Tuck ocurre cuando, a medida que la velocidad aumenta, las ondas de choque se van desplazando hacia atrás haciendo a su vez que el Centro de Presiones o CP de las alas se mueva también hacia atrás. Digamos en forma simplificada, que el centro depresiones es el punto donde se concentra la fuerza de sustentación creada por el ala. Debajo se puede ver una secuencia de lo que aquí se comenta.
El avión vuela en su régimen normal de crucero. En los aviones comerciales el CP se suele situar un poco por detrás del CG. Esta tendencia o momento de cabeceo es compensada por el estabilizador horizontal (trim).
Si el avión acelera a través del régimen transónico, puede haber puntos en el ala donde se alcance la velocidad del sonido. Este efecto hace que el CP se desplace hacia atrás. La compensación del plano de horizontal de cola llega a su límite y no será capaz de contrarrestar más el momento de cabeceo si se continúa acelerando.
El CP se ha desplazado tanto, que el momento de cabeceo no puede ser compensado con el estabilizador horizontal. Estamos en un picado sin control conocido como Mach Tuck o Tuck under.
Por esta razón los aviones rápidos van equipados con un medidor del nº Mach. El nº de Mach es la relación entre la velocidad de un objeto y la velocidad local del sonido. Si la velocidad local del sonido es constante y la TAS (velocidad verdadera) de un avión aumenta, también aumenta el nº de Mach.
Esto es lo que suele suceder cuando aceleramos en nuestra altitud de crucero. Pero puede ocurrir que sea la velocidad local del sonido la que cambie. Por este motivo el Machmeter o medidor de nº Mach va equipado también con una cápsula aneroide similar a la que llevan los altímetros. Esta cápsula tendrá en cuenta el efecto de la altitud. Como se sabe, la velocidad local del sonido es función de la temperatura (...y nada más). Cuando ascendemos la temperatura desciende (hasta la tropopausa) y esto debe de ser tenido en cuenta. Esa es la misión de la cápsula aneroide del medidor de Mach.
Al ascender a velocidad constante la presión desciende al aumentar la altura. Esta falta de presión hace que la cápsula se expanda. La expansión de la cápsula hace que cambie la indicación del medidor de Mach.
Por supuesto el efecto puede ser combinado. Los aviones pueden llevar un instrumento combinado que se denomina MASI (Mach and Air Speed Indicator). El MASI combina las funciones de un indicador de velocidad aerodinámica convencional y un Machmeter. La combinación ahorra espacio en el panel de instrumentos y permite al piloto monitorizar tanto la IAS (velocidad indicada -esencial para la pérdida aerodinámica a baja velocidad) como el número de Mach (para evitar el Mach Tuck a alta velocidad) en una sola pantalla. Las indicaciones de velocidad aerodinámica y número de Mach están sujetas a las mismas fuentes de error que se encuentran en los ASI y MM por separado (error de posición , presión, instalación etc).
El MASI puede diseñarse para activar dispositivos visuales o de audio que proporcionen una advertencia cuando se alcanzan las velocidades límite. El MASI también se puede vincular al sistema de potencia automática para que se mantengan las velocidades aerodinámicas seleccionadas.
La velocidad máxima de operación (Vmo/Mmo) se muestra habitualmente con colores rojo y blanco o rojo y negro o a cuadros. Antiguamente se asemejaba al poste publicitario de las barberías y de ahí su mote "The Barber's Pole". Debajo se puede ver el interior de uno de estos instrumentos. El brazo conectado al sector que mueve la aguja se llama "ratio arm". Este actuador combina el movimiento o expansión de las dos cápsulas en el interior del instrumento.
A diferencia de otros instrumentos de datos del aire, una de las grandes ventajas de este instrumento es que no sufre de errores de densidad del aire ni de temperatura. ¿Por qué? Muy sencillo: El nº de Mach es función únicamente de la velocidad (TAS) del avión con respecto a la velocidad local del sonido. Pero la TAS a su vez es función de de la diferencia de presiones (pitot - estática) teniendo en cuenta la corrección por errores de densidad (Rho) del aire.
Por otra parte la velocidad local del sonido es función únicamente de la temperatura y esta a su vez es función de la presión y de la densidad (Rho). Densidad en el numerador y en el denominador desaparecen y por lo tanto, la indicación es solo función de la velocidad dinámica (P - S) con respecto a la estática. ¡Toma castaña!
Con esta información podríamos contestar preguntas del examen de ATPL, como esta: ¿Qué ocurriría con la velocidad indicada si volamos a nivel de vuelo constante, número de Mach constante y pasamos de una zona de aire caliente a una de aire frío?
Solución: no varía. Volar a nivel de vuelo constante significa que la presión estática es constante. Si
y
...entonces la velocidad dinámica (IAS) debe de ser por fuerza constante. ...¿Qué, que no te ha quedado claro? entonces te recomiendo que sigas leyendo los artículos que siguen.
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